日(rì)∏&常生(shēng)活中的(de)電(diàn)子(zǐ₹αφ$)設備越來(lái)越多(duō)了(le)，它們都(dōu)需要(yào)£≤某種形式的(de)電(diàn)源才能(>‌₹néng)維持正常工(gōng)作(zuò)。幸運的(de)是(shì)，我們周圍存✘✘§∏在很(hěn)多(duō)種能(néng)量Ω↔形式，既可(kě)以把風(fēng)能(néng)、光(guāng)能(néng)、物≥→♣(wù)體(tǐ)運動動能(néng)轉換成電(di¥£÷àn)能(néng)，甚至從(cóng)高(gāo)頻(pí ₹¶≤n)無線電(diàn)信号的(de)傳輸中也(yě)可(kě)​↓以收集部分(fēn)能(néng)量。

　　相(xiàng)比之下(xià)沒有(yǒu)那(nà)麽普遍但↔ ↔(dàn)是(shì)正在迅速普及的(de)則是(shì)從(c±₽•óng)RF/微(wēi)波信号中收集能(néng)量的(de)方案，<'♠它可(kě)以從(cóng)無線電(diàn₩$∏)/電(diàn)視(shì)廣播站(zφ<✔δhàn)和(hé)無線設備上(shàng)獲取能(néng)量。在物(↑ σ♣wù)聯網(IoT)傳感器(qì)和(hé)射頻(p ✔ín)識别(RFID)标簽等低(dī)功耗應用(yòng)中，這(zhè)種能(néng)量‍σ<收集方案可(kě)以替換電(diàn)池。重複使用(yòng)能(néng)量可(kě)以降低‌φ€•(dī)運營成本，并提高(gāo)現(xiàn)有(yǒ₽πu)電(diàn)子(zǐ)系統和(hé)設備的(de)能(néng)源使用(yòng)效"×✘↓率。

　　從(cóng)RF中獲取能(néng)量

　　RF是(shì)能(néng)量收集的(de)豐富來(lái)源，它正在從(cóng)↔π ¥世界各地(dì)數(shù)十億的(de)無線電(diàn)發射器(qìσ✔)中發射而出，這(zhè)些(xiē)發射器™®(qì)包括移動電(diàn)話(huà)、移動電(diàn)話(h©β≥uà)基站(zhàn)和(hé)電(diàn)視(∏ ≤shì)/電(diàn)台信号發射基站(zhàn)等♣&¶。因此，利用(yòng)射頻(pín)能(néng)量來(lái)為(wèi)一(y  ī)些(xiē)低(dī)功耗電(diàn)路☆¥®(lù)供電(diàn)已經成為(wèi)一(yī)種趨勢。

　　從(cóng)RF獲取能(néng)量的(de)概念并不(bù)新鮮，而且過程相(xià&¥ng)對(duì)簡單。無線電(diàn)波到(dào)達天線并導 ↔緻其長(cháng)度上(shàng)的(de)電(diàn)位差變化(huà)。該≠¥¶電(diàn)位差使得(de)電(diàn)荷λ€↔載流子(zǐ)沿著(zhe)天線的(de)長(cε₩≤háng)度移動以試圖使場(chǎng)均衡，并且≥✔RF-DC集成電(diàn)路(lù)能(néng)夠從(cóng)這(zhè)些(xiē)電(dδ∑iàn)荷載流子(zǐ)的(de)移動中捕獲能(né♣←✘≥ng)量。能(néng)量暫時(shí)存儲在電(d₹&δ iàn)容器(qì)中，然後用(yòng)于在負載處産生(shēng)所₩¶©λ需的(de)電(diàn)位差。

　　射頻(pín)能(néng)量信 ≤号是(shì)通(tōng)過天線接收的(de)，所以天線的(de)工(gōng)作(zuò)頻(εφ‍pín)率必須與所接收到(dào)信号的(de)頻(pín)率相(xiàng)同，射頻(pí ↓n)信号通(tōng)過天線接收後既可(​£ ≤kě)以用(yòng)在RF-DC轉換器(qì)上(shàng)又(yò®✔u)可(kě)以用(yòng)在單純的(de)RF應用(yòng)上(shàng);R<•♣F-DC轉換器(qì)将RF信号轉換為(wèi)DC信号，從(cóng₹ε•α)而可(kě)以将獲取的(de)能(néng)量存儲在能(néng)量儲存裝置中;<≠能(néng)量儲存裝置可(kě)以給RF-DC轉換器(qì)、RF裝置、低(dī)功耗應用(y®↕òng)提供能(néng)量。

      可(kě)以創建一(yī)個(gè)電(diàε®n)路(lù)，通(tōng)過現(xiàn)成的(₩>♠∏de)組件(jiàn)為(wèi)子(zǐ)系統執行(☆₩xíng)RF到(dào)DC轉換。利用(yòng)天線，無線♥£σ€充電(diàn)線圈，PMIC(電(diàn)源管理(lǐ)IC)，功率接收≠>♣器(qì)芯片，激勵器(qì)發射器(qì)等的(de) ✔​各種組合可(kě)以産生(shēng)能(néng)夠從(cóng∑¶♦)RF獲取能(néng)量的(de)系統。

　　射頻(pín)能(néng)量信号是(shì)通(tōng)過天線接收的(de)♥‍©→，所以天線的(de)工(gōng)作(zuò)頻(pín)率必須與♠→所接收到(dào)信号的(de)頻(pín)率相(xiàng)同，射頻(pín)信号通↑≥♦↕(tōng)過天線接收後既可(kě)以用(yòng)在R€₹→F-DC轉換器(qì)上(shàng)又(yòu)可(kě)以用(yòng)在單純☆'的(de)RF應用(yòng)上(shàng);R↕®F-DC轉換器(qì)将RF信号轉換為(wèi)DC信号，從(cóng)而可(kě)以ε₽β将獲取的(de)能(néng)量存儲在能(nén₩≥g)量儲存裝置中;能(néng)量儲存裝置可(kě)'‌®€以給RF-DC轉換器(qì)、RF裝置、低(dī)功耗應用(yòng←€​λ)提供能(néng)量。

天線

　　發射信号的(de)天線有(yǒu)很(hěn)多(duō)種，如(rú)手機("'εjī)基站(zhàn)、電(diàn)視(☆÷shì)信号發射塔和(hé)WIFI路(lù)由器(qì)等;接收信号的(de)天線§®則屬于射頻(pín)能(néng)量收集★₩☆器(qì)的(de)一(yī)部分(fēn)，通(tōn™€‌€g)過它接收外(wài)界的(de)射頻(pín)信号來(lái)進行(xí±₹∑σng)後續工(gōng)作(zuò)。

　　在任何移動設備中天線的(de)設計(jì)都(d$♠πōu)是(shì)相(xiàng)當重要(yào)的(de)。平面貼片天線是(‌¥shì)一(yī)種形狀适宜、重量輕、易于操作(zuò)的≥€(de)天線。然而，其本身(shēn)卻也(yě)不 × α(bù)那(nà)麽小(xiǎo)。

　　一(yī)種減小(xiǎo)天線尺寸的(de)方法₩'≠是(shì)在高(gāo)介電(diàn)常數(shù)的×♠←σ(de)材料上(shàng)制(zhì)備貼片天線。一(yī)$γ≈般來(lái)說(shuō)，單個(gè)的(de)天線不(bù)能(néng)收集到(↕ dào)足夠的(de)能(néng)量去(qù)驅動一(yī♠±σ)個(gè)器(qì)件(jiàn)，多(duō)天線結構可(kě)以獲取一(yī)個(®↓←♥gè)更大(dà)範圍的(de)射頻(pín)能(✘©φ​néng)量。

　　一(yī)個(gè)設計(jì)良好(hǎo)的(de)☆←¥天線應該能(néng)夠具有(yǒu)獲取整個(gè)頻(pín)帶能(néng)量♠★&的(de)功能(néng)，這(zhè)對(duì)于計(jì)算(₽£≥suàn)整個(gè)頻(pín)帶的(de)能(néng)量是(α∞♣shì)非常重要(yào)的(de)。輸入射頻(pín¥→π€)功率密度是(shì)在結合了(le)所有(yǒu)頻(pín)譜後計(jì≈γ )算(suàn)出來(lái)的(de)。

RF-DC轉換電(diàn)路(lù)

　　RF-DC轉換電(diàn)路(lù)是(shì)能(néng•$γ)量收集器(qì)的(de)核心部分(fēn)，主要(y♠✘ào)功能(néng)是(shì)将接收到(dào)的(de)射頻(pín)信号轉換為(wè↑• →i)直流信号。電(diàn)路(lù)主要(yào)由阻抗匹配、整流器(qì)$₹‍和(hé)電(diàn)源管理(lǐ)三部分(fēn)組成δ§$π。

　　通(tōng)常來(lái)說(s±¶ε∑huō)用(yòng)單個(gè)矽整流天線二極管為α¥™φ(wèi)設備提供能(néng)量是(shì)遠(yuǎn)遠(&£λyuǎn)不(bù)夠的(de)，使用(yòng)多(duō)→™&<個(gè)相(xiàng)互連接的(de)天φ↑♠線可(kě)以提供足夠的(de)能(néng)量。

　　如(rú)圖(a)所示，一(yī)種結構是(shì)在整流器(qì)前并聯多(d&♠uō)個(gè)天線，彙總RF信号再進行(xíng)整流®÷。在點對(duì)點的(de)射頻(pín)系統中(窄基帶)，這(zhè)種結構的'♣(de)能(néng)量轉移是(shì)最有(yǒu)效的(d‍‌÷♦e);如(rú)圖(b)所示，另一(yī)種結構則是(shì)每個(gè)天線對(duì)應一→♣(yī)個(gè)整流器(qì)，先進行(xíng)整流再彙總直流信号，對(duì)•✘于大(dà)型矽整流二極管天線和(hé)射頻(¥γ☆♠pín)能(néng)量收集(消除随機(jī)偏振的(dπ$e)影(yǐng)響)，這(zhè)種結構是(™$✘✘shì)最合适的(de)。

能(néng)量儲存

　　在能(néng)量儲存方面可(kě)以利用(yòng)傳統的(de)充電(diàδ©γλn)電(diàn)池、新型薄膜電(diàn)池以及電(diàn)容對(duì)能(néng)量進β↑♥♠行(xíng)儲存。但(dàn)電(diàn)池存在可(ε₹♠$kě)充電(diàn)次數(shù)有(yǒu §↓§)限，需要(yào)更換等缺點。這(zhè)就•∏Ω←(jiù)需要(yào)考慮采用(yòng)新的(de)存儲方★≤±≤案，例如(rú)使用(yòng)超級電(dià"∑n)容。傳統超級電(diàn)容為(wèi)電(diàn)化(huà)學雙層電(dià ↓n)容器(qì)(EDLC)，這(zhè)種電(dià<±™γn)容已經有(yǒu)30多(duō)年(nián)的(de)λ'♦使用(yòng)曆史了(le)。EDLC是(shì)在必須被頻(pín)繁更換的(d→♦e)電(diàn)池與在使用(yòng)封裝下(xià)無法提供足夠電(diàn)荷₹&™存儲的(de)靜(jìng)電(diàn)/電(dià<εn)解電(diàn)容之間(jiān)的(de)最好(​✘hǎo)産品。

　　能(néng)量收集器(qì)的(de)難點

　　設計(jì)能(néng)量收集器(☆&qì)的(de)難點有(yǒu)三個(gè)，分(fēn)别是(shì)天線、靈敏度和(hé♠δ)轉換效率。

　　就(jiù)天線而言，雖然科(kπ♠ē)學工(gōng)作(zuò)者經過多(duō)年(nián)努力已經在設計(jì)技(↔≈≤jì)術(shù)方面取得(de)了(le♥₽)不(bù)小(xiǎo)的(de)成果，但₽&(dàn)是(shì)天線的(de)小(xiǎo)型化(huà)、寬頻(pín)帶問(wè•✔n)題仍是(shì)射頻(pín)能(néng)量收集技(jì)術(¥ ✔shù)的(de)關鍵。原因是(shì)要(yào)将其應用(yòng)在較小(xiǎo&γδσ)的(de)設備上(shàng)就(jiù)必須要(yào)求天線小(xiǎo)型化(hu✘★±$à)，占用(yòng)空(kōng)間(jiān)∏δ小(xiǎo);其次，空(kōng)間(jiān)中的(de)射頻(pín)能(né♠∑λ©ng)量比較低(dī)，所分(fēn)布頻(pín)帶比較散，所以要(yào)求天線必須具✔₹↕有(yǒu)寬頻(pín)帶的(de)特點。

　　就(jiù)靈敏度而言，靈敏度決定了(le)能(néng)量γ÷↕收集器(qì)工(gōng)作(zuò)的(de)最大(dà)範圍。射頻(pín)能(néng)量φ≠ε‌比較低(dī)時(shí)，對(duì)其進行(xíng)收集需要(≠•yào)靈敏度較高(gāo)的(de)射頻(pínα↓<←)能(néng)量收集器(qì)。影(yǐng↑₽↕©)響靈敏度的(de)因素主要(yào)有(yǒu)：天線與整流器(qì)之間(ji₽✔₹§ān)的(de)匹配情況、整流器(qì)件(jiàn)阈 ¶♥值電(diàn)壓的(de)影(yǐng)響等。經科(kē)研工(gōng)≥γ作(zuò)者不(bù)斷努力，靈敏度雖已得(de)到∞÷×‌(dào)提高(gāo)，但(dàn)前提是(shì)需要(yào)使用(yòng)幾十級的(←•βde)整流電(diàn)路(lù)，這(zhè)就(jiù)導緻芯片面積增加、×✘®>寄生(shēng)參數(shù)增加等一♥Ω'★(yī)系列問(wèn)題。

　　就(jiù)轉換效率而言，功率轉換效率是(sh§☆<&ì)收集器(qì)的(de)一(yī)個(g≈✔Ωè)重要(yào)指标，當射頻(pín)信号能(néng)量比較低(dī)時(shí)♣ 轉換效率會(huì)迅速降低(dī)。目前提高(gāo)效率的(de)方法有(yǒu)€π↕↓采用(yòng)外(wài)部阈值、內(nèi)部阈值、自(zì)阈★£值的(de)補償以實現(xiàn)對(du→¥∞✔ì)整流MOS管進行(xíng)阈值補償加快(ku↑®ài)其導通(tōng)速度等方法。但(dàn)這(zhè)些(xiē)技(♦↑jì)術(shù)效果還(hái)不(bù)是(shì)很(hěn)理(lǐ‌§)想，需要(yào)進一(yī)步改進或者發展™<©其他(tā)新方法。

　　射頻(pín)能(néng)量采集技(jì)≥​術(shù)的(de)發展現(xiàn)狀及應用(yΩ≥òng)

　　近(jìn)年(nián)來(lái),超低(dī)功耗、低'ש♠(dī)電(diàn)壓電(diàn)子(zǐ)元器(qì)件(jiàn)及電(diàn)路(lùα×φ→)的(de)大(dà)量出現(xiàn)以及現(xiàn)實生(shēng)活α ←£中大(dà)量不(bù)易更換電(diàn)池的(de)電(€ diàn)子(zǐ)微(wēi)系統的(dΩ​₹€e)廣泛使用(yòng)，引起了(le)人(rén)們對(duì)環境射頻(pín)能(néng₹​©☆)量收集技(jì)術(shù)研究的(de)廣泛關注。 當前，環≤↓ 境射頻(pín)能(néng)量收集的(de)研究及★₽應用(yòng)主要(yào)在低(dī)功耗且不(bù)易更換電(dià§×n)池的(de)無線傳感網絡節點及植入式電(diàn)子(z>→✘≤ǐ)設備等方面。

　　1、無線傳感器(qì)網絡方面的(de)應用(yòng)

　　無線傳感器(qì)網絡具有(yǒu)廣泛的(d ←σ∑e)應用(yòng)價值，涉及工(gōng)業(yè)、農(nóng)業(yèΩ'∑≥)、水(shuǐ)文(wén)、軍事(shì)、生(shēng)物(wù)醫(yī<↕♠)學等各個(gè)領域。 當前，電(diàn)池©₽仍然是(shì)無線傳感器(qì)網絡的(de)主要(yào)能(néng)量來(lái∏ασ)源，但(dàn)是(shì)電(diàn✘ ≠)池的(de)壽命、尺寸以及維護和(hé)更換費(fèi)用(yòng)等,在某些(<'γ‍xiē)場(chǎng)合是(shì)不(↓וbù)能(néng)忍受的(de)。 如(rú)在智能(néng)建築中↕→β，每個(gè)建築物(wù)至少(shǎo)有(yǒu)上(shàng)百個(gè)的(de)£↔γ₩傳感器(qì)節點分(fēn)布于建築體(tǐ)中的≤÷↔(de)各個(gè)部位,用(yòng)于監測溫度、亮(liàng)度、人(rén)流量等參≤¶數(shù);通(tōng)過布線為(wèi)這(zhè)些(xiē)傳感器(qì)節點提←φε供電(diàn)源,其代價是(shì)十分(fēn)昂貴的(de)，而采用(yò‌₽✘ng)電(diàn)池供電(diàn)主要(yào)面臨的(de)問(wèn)題是(s↑ ‍hì)往後如(rú)何判斷哪些(xiē)節點的(de)電(diàn)池已耗盡并進行(xíng)更換©©™α，這(zhè)在商業(yè)上(shàng)是(shì)難以接受的(dγ¥≥e),而采用(yòng)環境射頻(pín)能(néng)量收集技(jì‍←¶)術(shù)輔以可(kě)充電(diàn)電(diàn)池‌€則是(shì)其比較理(lǐ)想的(de)供電(diàn)方式 。

　　近(jìn)幾年(nián)，環境射頻(pín)能(néng)量收集技(jì)Ω>∏≤術(shù)在低(dī)功耗、分(fēn)布廣、不(bù)易更換電(diàn)池的(de)無線傳♣★←​感器(qì)網絡的(de)應用(yòng)研究取得(dελ☆e)了(le)一(yī)些(xiē)進展。

　　此外(wài)，還(hái)有(yǒu)不(bù)少'Ω(shǎo)應用(yòng)環境射頻(pín)能(néng)量為(w¶λèi)低(dī)功耗無線設備提供電(diβ±¥€àn)能(néng)的(de)能(néng)量收集器(qì)，它們分(fēn)别利用(yòng'> )不(bù)同的(de)射頻(pín)源， ∏λ如(rú) 采用(yòng)環境 GSM 信号作(zuò)為(wèi)射頻(pín)源♠​$， 采用(yòng)環境 WiFi 信号作(zuò)為(wèi)射頻(pín)源。 £×γφ

　　2、生(shēng)物(wù)醫(yī)學電(diàn)子(zǐ)方面的(de)應用(¥→yòng)

　　随著(zhe)通(tōng)信、計(jì)算(suàn)機(jī)、傳感™>≥器(qì)以及微(wēi)納電(diàn)子(zǐ)技(jì)術(shù£✔)等領域的(de)研究不(bù)斷取得(de)突破，生(shēn∞✔Ω​g)物(wù)醫(yī)學電(diàn)子(zǐ)系統正朝集成化(huà)、微(w'>ēi)型化(huà)、無線化(huà)及智能(néng)化≠ ♥£(huà)等方向迅速發展;同時(shí)随著(zhe)老(lǎo)齡化(huà)社會(huì)的(≠✘≥de)到(dào)來(lái)以及人(ré↑¶δ↕n)們生(shēng)活水(shuǐ)平的(de)提高(gāo)，​✘↔★各種應用(yòng)需求應運而生(shēng)，生(shēng)物®σ∑(wù)醫(yī)學電(diàn)子(zǐ)設備的(de)體(tǐ)積更小(xiǎo)、功耗‍≥♣更低(dī)。 電(diàn)池是(shì)低(dī)功耗♦‌穿戴式或植入式生(shēng)物(wù)醫(yī)學電↕∞(diàn)子(zǐ)設備當前的(de)主要(yào)能(néng)量來(lái)源，但(dàn÷¥£<)為(wèi)了(le)穿戴的(de)舒适性或更易于植入，自(zì)供電(diàn)顯然是(s©∏‍∑hì)其最佳選擇，不(bù)少(shǎo)科(kē)技(jì)工(gōng)作(zuò)↑♥者對(duì)此展開(kāi)了(le)研✔≥₽γ究。

　　此外(wài)，射頻(pín)能(néng)量經過收集、轉換，'₹還(hái)可(kě)有(yǒu)望應用(yòng)于其它×±可(kě)穿戴式低(dī)功耗設備、無線供電(diàn)β♠手持設備、RFID 标簽、非接觸式晶圓級測試等場(chǎng)合 ,具有(yǒu)廣闊的(d©<'e)應用(yòng)前景。

　　當前，環境射頻(pín)能(néng)量收集技(jì)術(shù)正朝著(zh♦♦♥¶e)小(xiǎo)型化(huà)、集成化(huà< ₽‌)、陣列化(huà)、智能(néng)化(huà Ω)等方向發展。 智能(néng)化(huà)就(jiù)是(shì)通(tōng)過一(y‍↑→ī)定的(de)優化(huà)算(suàn)法或自(zì)适應控制(z§♥≤hì)技(jì)術(shù)使其效率最大(dγ≥à)化(huà);小(xiǎo)型化(huà)、集成化(huà)的(de)目标是(shì)将射頻λ↓∞♣(pín)能(néng)量收集器(qì)甚至接收天線集成到(dào)用(yòng)電(diàn<☆ )系統芯片中。